Como funciona uma válvula solenóide? Bobina, êmbolo, orifício e solução de problemas explicados

A maioria dos retornos de chamada da válvula solenóide começa com um sintoma e não com uma teoria. Uma caminhada em um local mais fresco dura a noite toda e nunca atinge o ponto definido. Uma bomba de calor inverte no momento errado. Uma máquina de gelo inunda o evaporador após o desligamento. Um técnico então retira a bobina, pressiona o êmbolo com uma chave de fenda e descobre que a válvula ainda se move livremente com a mão. Quando isso acontece, a falha é elétrica ou do sistema, e não mecânica. Saber o que a bobina, o êmbolo e o orifício devem fazer, e em que ordem, transforma uma longa chamada de diagnóstico em curta.

Como funciona uma válvula solenóide: a resposta curta

Uma válvula solenóide é um dispositivo de corte operado eletricamente. A corrente passa através de um enrolamento de cobre, o enrolamento produz um campo magnético e esse campo puxa um êmbolo de ferro móvel contra uma mola de retorno. O êmbolo carrega uma vedação que se afasta de uma pequena abertura chamada orifício para permitir o fluxo ou pressiona para baixo para interromper o fluxo. Corte a corrente e a mola retorna a vedação à sua posição de repouso. Todas as outras partes da válvula existem para suportar esse movimento único: guiar o êmbolo, vedar o caminho do fluido e direcionar o fluxo através das portas corretas.

Dentro da válvula: três conjuntos que fazem o trabalho

Uma válvula solenóide se parece com um corpo com um pequeno cilindro aparafusado na parte superior, mas se comporta como três conjuntos separados empilhados. Cada um falha à sua maneira, e o sintoma geralmente aponta para a assembléia culpada.

A sequência de trabalho, passo a passo

1. Em repouso, a mola de retorno mantém a vedação contra o orifício. Em uma válvula normalmente fechada, isso significa ausência de fluxo, mesmo com a pressão total da linha na porta de entrada. Este é o estado seguro para a maioria das aplicações de refrigeração e combustível.
2. O controlador aplica tensão aos terminais da bobina, geralmente através de um relé, um termostato ou uma placa de degelo.
3. A corrente através do enrolamento cria um campo magnético dentro do tubo guia em dezenas de milissegundos.
4. A força magnética no êmbolo aumenta até exceder a força da mola mais a pressão do fluido que mantém a vedação fechada, e o êmbolo levanta.
5. A vedação sai do orifício. O fluido ou gás passa agora da porta de entrada para a porta de saída, e a vazão é definida pelo diâmetro do orifício e pela diferença de pressão através da válvula.
6. Quando a energia é removida, o campo entra em colapso, a mola empurra o êmbolo de volta para baixo e a vedação fecha o orifício novamente.

Por que a bobina esquenta: pico de partida, corrente de retenção e ciclo de trabalho

Com o êmbolo ainda assentado, o circuito magnético tem um grande entreferro, por isso precisa de um campo forte para puxar o êmbolo. Essa é a fase de irrupção e consome várias vezes a corrente nominal por uma fração de segundo. Uma vez que o êmbolo é puxado, o entreferro se fecha e a mesma força de retenção pode ser mantida com muito menos corrente. Uma bobina de 10 watts pode consumir o equivalente a 40 volts amperes no momento da energização. Isso explica uma falha que confunde muitos técnicos: uma bobina pode medir a resistência correta e ainda superaquecer, porque um êmbolo que nunca assenta totalmente mantém a válvula presa na condição de inrush e cozinha o enrolamento. Também explica as classificações do ciclo de trabalho. Uma válvula que deve permanecer aberta por horas precisa de uma bobina projetada para serviço contínuo, enquanto alguns projetos de pulso curto são classificados apenas para uso intermitente.

Projetos Normalmente Fechado, Normalmente Aberto e Multivias

Normalmente fechado

O fluxo está bloqueado sem energia aplicada. Esta é a escolha comum para serviço de linha de líquido, porque uma falha de energia interrompe o fluxo em vez de inundar o lado inferior do sistema.

Normalmente aberto

O fluxo passa sem aplicação de energia e para quando a bobina é energizada. Essas válvulas são usadas onde a água de resfriamento ou uma linha de ventilação devem permanecer abertas quando o circuito de controle está desligado.

Duas vias e três vias

Uma válvula bidirecional tem uma entrada e uma saída e simplesmente abre ou fecha um caminho. Uma válvula de três vias possui três portas e pode desviar o fluxo de uma porta para outra, o que é adequado para controle de cilindro, troca de amostra e alguns arranjos de desvio de gás quente. A configuração da porta é tão importante quanto a tensão da bobina, porque uma válvula de três vias instalada como válvula bidirecional vazará em uma posição, não importa quão bem esteja conectada.

O que determina se a válvula funciona no seu circuito

• Tamanho do orifício e coeficiente de fluxo: um tamanho de corpo geralmente é oferecido com vários diâmetros de orifício e o fluxo aumenta acentuadamente com o diâmetro.
• Diferencial de pressão mínimo: as válvulas operadas por piloto precisam de uma diferença de pressão na válvula para abrir. Abaixo desse valor eles permanecem fechados mesmo com a bobina energizada.
• Diferencial de pressão máximo: acima dele a válvula pode não abrir de forma confiável ou pode não fechar contra o fluxo.
• Direção do fluxo: a maioria dos projetos veda contra o fluxo, portanto, uma instalação invertida vaza pela sede quando fechada.
• Material de vedação: misturas de refrigerante, óleo e glicol exigem um elastômero diferente, e uma vedação inchada se arrasta no tubo guia.
• Tensão, frequência e ciclo de trabalho da bobina: uma bobina de 24 V CC, uma bobina de 110 V CA e uma bobina de 220 V CA não são intercambiáveis ​​e as versões CA dependem da frequência de alimentação.

Combinando a válvula com o trabalho em refrigeração

Na refrigeração, a válvula solenóide geralmente é um solenóide de linha de líquido. Em um ciclo de bombeamento, o termostato abre a válvula quando a temperatura aumenta, o compressor puxa o lado de baixa pressão para baixo até a configuração de bombeamento e um interruptor de baixa pressão para o compressor. Se a válvula vazar além de sua sede, o lado de baixa nunca permanecerá abaixado, o compressor terá ciclos curtos e a máquina funcionará a noite toda no controle de baixa pressão.

As válvulas de ação direta são adequadas para sistemas pequenos onde a diferença de pressão disponível é pequena, enquanto as válvulas operadas por piloto lidam com tamanhos de linha maiores onde uma bobina de ação direta seria muito grande e muito quente. A escolha do refrigerante também é importante aqui: um projeto que funciona bem com o R134a pode precisar de um orifício e composto de vedação diferentes no R32 ou em sistemas de CO2 operando em pressões muito mais altas.

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As famílias de válvulas são geralmente construídas em torno do mesmo princípio de funcionamento e depois dimensionadas de acordo com o tamanho da porta, orifício e estilo de conexão, portanto, uma especificação que se adapta a um tamanho de linha geralmente tem um equivalente direto, um tamanho acima ou abaixo.

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Para quem quiser ver mais de perto uma família comum usada em linhas de líquidos, há uma breve nota técnica sobre Válvulas solenóides tipo EVR que cobre construção e operação de longo prazo.

Modos de falha que você pode encontrar em minutos

• Falha na bobina: enrolamento aberto, curva em curto ou camada de isolamento queimada. Meça a resistência e compare-a com o valor estampado na bobina.
• Êmbolo preso: corrosão, lama ou vedação inchada prendem o êmbolo no tubo guia, de modo que a válvula zumbe sem se deslocar.
• Sede com vazamento: um pedaço de cobre, fluxo de brasagem ou incrustação passa e corta a vedação, deixando um caminho de vazamento permanente.
• Gelo no orifício: a umidade no circuito congela na restrição e bloqueia o fluxo até que a válvula aqueça novamente.
• Bobina errada para a alimentação: uma bobina CA em uma alimentação CC ou reversa será energizada uma vez e falhará logo depois.

Antes de fazer o pedido: uma lista de verificação prática

1. Registre o tamanho da linha, o tipo de conexão e a direção do fluxo mostrada no corpo antigo.
2. Observe o fluido, a temperatura normal de trabalho e a temperatura ambiente ao redor da bobina.
3. Confirme a tensão da bobina, CA ou CC, e a frequência de alimentação das bobinas CA.
4. Decida se o circuito precisa de uma função normalmente fechada ou normalmente aberta.
5. Verifique os diferenciais de pressão mínimo e máximo que o sistema pode fornecer.
6. Verifique o ciclo de trabalho, porque uma válvula que permanece aberta por horas precisa de uma bobina de trabalho contínuo.

Leve esses seis números a um fornecedor e a seleção se tornará uma breve conversa em vez de um jogo de adivinhação. Catálogos maiores cobrem o mesmo assunto com mais detalhes, e uma visão completa folheto do produto geralmente é a maneira mais rápida de comparar capacidades em um intervalo.

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Uma válvula solenóide é uma máquina simples com um conjunto estreito de peças móveis e é exatamente por isso que é diagnosticável. A bobina transforma a corrente em movimento, o êmbolo transforma o movimento em uma mudança de estado e a vedação decide se o fluxo para. Quando um sistema se comporta mal, testar esses três links em ordem leva alguns minutos e informa se o problema está na válvula, no controlador ou em algum lugar mais adiante.